甘肅龍首山綠草泉溝磷礦礦床地質(zhì)特征和成因分析

姚賓賓，范應(yīng)，蒲東

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735000)

0 引言

磷礦是指在經(jīng)濟(jì)上能被利用的磷酸鹽類礦物的總稱，是一種重要的工農(nóng)業(yè)礦物原料，在當(dāng)今世界有著重要的經(jīng)濟(jì)價值，其需求量隨國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會的發(fā)展與日俱增。我國磷礦相對集中在云、貴、川、鄂等省，形成南磷北運(yùn)的不利格局[1]。根據(jù)磷礦床成因不同，可以將其分成三類：巖漿型磷灰石礦床、變質(zhì)型磷灰?guī)r礦床和沉積型磷塊巖礦床，不同類型的磷礦床亦有各自不同的成礦規(guī)律。綠草泉溝磷礦即屬于沉積型磷塊巖礦床[2]。

綠草泉溝磷礦位于甘肅省金昌市南西方向26 km綠草泉溝一帶，行政區(qū)劃隸屬甘肅省金昌市金川區(qū)管轄，交通較為便利。通過普查工作求得磷礦石資源量250.65×104t，平均品位w(P2O5)=15.95%。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

綠草泉溝磷礦大地構(gòu)造位于龍首山基底雜巖帶南部邊緣，屬龍首山鎳、銅、鈷、鉑族、鉛鋅、鐵錳、磷、鈾成礦帶，成礦條件良好[3]，已發(fā)現(xiàn)的馬房子溝磷礦規(guī)模達(dá)中型(圖1)。區(qū)域上出露地層為太古宇—古元古界龍首山巖群、薊縣系、震旦系、侏羅系、古近系及第四系，綠草泉溝磷礦賦存于震旦系草大板組中。區(qū)域上巖漿活動頻繁，以志留紀(jì)巖漿活動最為強(qiáng)烈。區(qū)域上構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，形成了一系列NWW向區(qū)域斷裂和形態(tài)復(fù)雜的褶皺構(gòu)造，對后期成礦作用有一定的影響。

圖1 綠草泉溝磷礦區(qū)域地質(zhì)略圖

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層較簡單，主要為震旦系燒火筒溝組(Zs)、震旦系草大坂組(Zc)和第四系(Q)。其中，震旦系草大坂組為礦區(qū)的賦礦地層，其巖石特征為底部碎屑巖，中上部為碳酸鹽巖，是一套由碎屑巖向碳酸鹽巖過渡的濱海-淺海海進(jìn)相沉積[4]。含磷巖層主要分布于碎屑巖底部，其沉積韻律明顯(圖2)。

圖2 綠草泉溝磷礦礦區(qū)地層柱狀圖

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)總的構(gòu)造特點是：褶皺密集緊閉，均已傾伏倒轉(zhuǎn)，斷裂縱橫，部分地段巖、礦層重復(fù)、缺失，形態(tài)復(fù)雜。礦區(qū)主要發(fā)育一倒轉(zhuǎn)復(fù)背斜，其主要展布于礦區(qū)中部礦化集中地段，表現(xiàn)為兩個SEE向傾伏的倒轉(zhuǎn)背斜和一個中間向斜(圖3)，在其背斜之兩翼，尤其是南背斜之兩翼次級褶皺極為發(fā)育。

圖3 綠草泉溝磷礦礦區(qū)地質(zhì)簡圖

斷層按其走向可分為NWW向、NNW向、NE向三組。其中，NWW向斷層是礦區(qū)內(nèi)主要的斷裂構(gòu)造，與區(qū)域構(gòu)造線基本一致，性質(zhì)多以逆斷層為主；NNW向斷層為右行平移斷層，NE向斷層為左行平移斷層，二者對礦體具有明顯破壞作用。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)圈出磷礦體17條(表1)，主礦體2條。礦體多呈層狀、似層狀產(chǎn)出，長度40～1840 m，厚度1.08～7.01 m，控制礦體斜深為40～240 m，品位w(P2O5)=12.04%～24.08%。礦體總體北東傾伏，傾角32°～86°，一般倒轉(zhuǎn)背斜南翼較陡，北翼略緩。

表1 綠草泉溝礦區(qū)磷礦體特征

3.2 礦石特征

(1)礦石類型：磷塊巖為灰黑色，磷質(zhì)顆粒均一、細(xì)小，為粉砂狀，徑粒約為0.05 mm[5]。根據(jù)礦石的礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、脈石礦物種類及含量，礦區(qū)礦石自然類型均屬于砂質(zhì)磷塊巖(圖4)。礦石工業(yè)類型為硅質(zhì)型磷礦。

圖4 砂質(zhì)磷塊巖照片

(2)礦石礦物特征：礦石礦物為膠磷礦，非晶質(zhì)，沒有固定的晶體結(jié)構(gòu)[6]，在巖石中主要以膠結(jié)物形式存在，多呈集合體分布，集合體粒度較粗，多與脈石礦物石英緊密共生。脈石礦物有石英、長石及少量白云母、絹云母、斜長石等。其中，石英以碎屑物的形式，呈浸染狀分布在膠磷礦粒間，其多呈他形粒狀，粒度較細(xì)，邊緣與膠磷礦緊密共生[7](圖5)。

圖5 砂質(zhì)磷塊巖顯微照片

(3)礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造：礦石的結(jié)構(gòu)單一，均為變余細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)。磷礦石的構(gòu)造主要為層狀構(gòu)造、條帶構(gòu)造、定向構(gòu)造。

(4)礦石化學(xué)成分：主要有P2O5、CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3等，總含量達(dá)84.75%～95.50%。另外尚有少量F、MgO、K2O、Na2O、MnO2、FeO及微量的V2O5、稀土元素、U和有機(jī)碳。根據(jù)礦石全分析結(jié)果(表2)可知，P2O5是主要的有益組分，含量在13.87%～22.24%，平均含量14.91%，來源于礦石中磷酸鹽礦物。其中CaO主要來源于膠磷礦礦物，與P2O5為正相關(guān)關(guān)系；SiO2來源于石英及白云母/絹云母等雜質(zhì)礦物，與P2O5為負(fù)相關(guān)關(guān)系；F與P2O5為密切的正相關(guān)關(guān)系，主要源自磷礦中的氟磷灰石。

表2 礦石全分析結(jié)果

4 礦床成因及找礦標(biāo)志

4.1 礦床特征及其成因

(1)綠草泉溝磷礦床的礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀。

(2)礦體產(chǎn)于硅質(zhì)巖夾變石英礫巖-砂質(zhì)磷塊巖-變石英砂巖-板巖-灰質(zhì)白云巖建造中，屬于濱海-淺海相海進(jìn)環(huán)境。

(3)礦石呈灰黑色，并有黃鐵礦共生，說明礦石在氣候溫暖潮濕的還原條件下形成。

(4)經(jīng)后期變質(zhì)礦物發(fā)生重結(jié)晶作用，膠磷礦周圍被磷灰石交代，部分顆粒核部殘存膠磷礦，表明磷塊巖經(jīng)受變質(zhì)作用，但變質(zhì)程度不深。

(5)鄰區(qū)(馬房子溝磷礦)草大板組含磷層上部絹云千枚巖含微古植物，表明該組地質(zhì)年代應(yīng)屬震旦紀(jì)末期。另據(jù)張新虎等草大板組下部千枚巖全巖Rb-Sr等時線年齡值為593 Ma±39 Ma，此值接近于晚震旦世的下限。因此，綜合分析綠草泉溝磷礦的形成時代應(yīng)為晚震旦世。

圖6 綠草泉溝磷礦成礦模式圖(據(jù)文獻(xiàn)[9])

以上分析說明，綠草泉溝磷塊巖礦床產(chǎn)于濱海-淺海的海進(jìn)相沉積環(huán)境，并經(jīng)后期變質(zhì)作用而形成。

4.2 找礦標(biāo)志

(1)地層巖性標(biāo)志

磷礦層位于震旦系草大板組下段中，此層位中灰黑色砂質(zhì)磷塊巖是最直接的找礦標(biāo)志。此外，磷礦層頂部為一套灰黑色變石英砂巖，底部為一套灰黑色硅質(zhì)巖夾土黃色細(xì)晶白云巖透鏡體，故灰黑色變石英砂巖、灰黑色硅質(zhì)巖及土黃色細(xì)晶白云巖亦為找礦標(biāo)志層。

(2)地球化學(xué)標(biāo)志

化探工作手段對尋找磷礦效果明顯，P、U、Mo、Y、Nd、La、Ce、V等異常元素組合強(qiáng)度高、濃度分帶清晰、套合好，找礦指示意義明顯。

5 結(jié)論

綠草泉溝磷礦賦存于震旦系草大板組下段灰黑色變石英砂巖中，屬層控型。礦體多呈層狀、似層狀。礦石自然類型均屬于砂質(zhì)磷塊巖，工業(yè)類型為硅質(zhì)型磷礦。震旦系草大板組下段灰黑色砂質(zhì)磷塊巖是最直接的找礦標(biāo)志，P、U、Mo、Y、Nd、La、Ce、V等元素組合找礦指示意義明顯。礦床成因?qū)俪练e-變質(zhì)型磷礦床。

注釋：

① 姚賓賓, 范應(yīng), 蒲東. 甘肅省金昌市綠草泉溝磷礦普查報告[R]. 甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院, 2020.